13. Основные положения классической термодинамики. Первое и второе начала термодинамики. Понятие об обратимых и необратимых процессах.

Классическая термодинамика - это наука, которая занимается изучением общих свойств макроскопических систем в состоянии равновесия, а также общих закономерностей, имеющих место при установлении термодинамического равновесия; она даёт описание системы в состоянии покоя, но совершенно не учитывает её предысторию и путь перехода от начального состояния к конечному. Термодинамическое равновесие является частным случаем стационарного состояния макроскопической системы. Состояние системы называется стационарным, если все параметры системы постоянны во времени. Если, кроме того, в системе отсутствуют потоки, то именно такое состояние системы и называется термодинамическим равновесием. Например, если нагреть какую-нибудь часть макроскопического тела, а затем отделить тело тепловой изоляцией от окружающей среды, то температура частей тела постепенно выровняется - наступит состояние термодинамического равновесия.

Р. Клаузиус показал, что для изолированных систем (т.е., систем, для которых обмен веществом и энергией с окружающей средой невозможен) существует некоторая функция S (энтропия), монотонно возрастающая до тех пор, пока не достигнет своего максимального значения в состоянии термодинамического равновесия:

Следовательно, все равновесные системы характеризуются универсальным эволюционным критерием, который можно выразить в виде:

, где U - внутренняя энергия, V - объём, ni - количества молей компонентов (i = 1, 2, ...).

Классическая термодинамика сформировалась как наука во второй половине XIX века. В её становлении выдающуюся роль сыграли работы Н. Карно, Б. Клайперона, Р. Майера, У. Томпсона, Р. Клаузиуса, Д. Гиббса и др.

Первое начало термодинамики:

Теплота, сообщаемая системе, расходуется на увеличение ее внутренней энергии и на совершение этой системой работы.

Второе начало термодинамики:

Формулировка Р. Клаузиуса: не существует процесса, единственным результатом которого является передача теплоты от менее нагретого тела к более нагретому.

Формулировка У. Кельвина и М. Планка: невозможен циклический процесс, единственным результатом которого является превращение теплоты в работу.

Формулировка второго начала термодинамики: энтропия изолированной системы не может убывать DS ≥ 0.

Обратимым называется процесс, который может быть проведен в прямом и обратном направлении без остаточных изменений в окружающей среде.

Большинство процессов в природе необратимы и связаны с диссипацией (рассеянием) энергии.

Мера необратимого рассеяния энергии – энтропия

Необратимым называется процесс, который нельзя провести в противоположном направлении через все те же самые промежуточные состояния.

В процессах важно знать изменение энтропии

14. Второе начало термодинамики и энтропия. Энтропия, как мера беспорядка в системе. Формула Бельцмана.

Формулировка Р. Клаузиуса: не существует процесса, единственным результатом которого является передача теплоты от менее нагретого тела к более нагретому.

Формулировка У. Кельвина и М. Планка: невозможен циклический процесс, единственным результатом которого является превращение теплоты в работу.

Формулировка второго начала термодинамики: энтропия изолированной системы не может убывать DS ≥ 0.

Энтропия— в естественных науках мера беспорядка системы, состоящей из многих элементов. В частности, в статистической физике — мера вероятности осуществления какого-либо макроскопического состояния; в теории информации — мера неопределённости какого-либо опыта (испытания), который может иметь разные исходы, а значит, и количество информации; в исторической науке, для экспликации феномена альтернативности истории (инвариантности и вариативности исторического процесса).

Энтропия системы связана с числом способов реализации макросостояния системы (вероятностью реализации состояния).

Формула Больцмана

W – вероятность состояния системы.

Энтропия является мерой неупорядочности (хаотичности) состояния системы.

Изменение энтропии в системах

Формулировка второго начала термодинамики: энтропия изолированной системы не может убывать DS ≥ 0.